JP2015019477A - ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安価で生産効率が向上し、かつ信頼性の高いポンプ駆動用モータを備えたポンプ装置を提供することを目的とする。【解決手段】ポンプ駆動用モータの回転子は、プレス打抜きにより外径形状が多角形に成形された電磁鋼板を複数枚積層した回転子鉄心と、回転子鉄心の中心に圧入、または、焼嵌めにより嵌合したシャフトと、回転子鉄心の外周側にギャップを有して同心状に設けられ、円筒状かつ内径形状が多角形に略相似形状に成形されたプラスチックマグネットと、を備え、回転子鉄心とシャフトとプラスチックマグネットとを、磁性材を有しない２次成形樹脂材にて成形固定した回転子とし、回転子鉄心は、径方向同ピッチ円上に複数の貫通穴を形成し、２次成形樹脂材の流路の一部とするとともに、回転子鉄心とプラスチックマグネットの両端面を２次成形樹脂材により一定の厚みで覆い、２次成形樹脂材の外周側端部は凹凸形状とした。【選択図】 図６

Description

本発明はポンプ装置に関するものである。

従来のポンプ装置に配置されたポンプ駆動用モータは小型かつ高出力を得るために、回転子には焼結のネオジムマグネットを使用していたが、近年、希土類の価格高騰が続いており代替としてプラスチックマグネットを使用しているものがある。

プラスチックマグネットと回転子との固定方法は磁性体を有した樹脂成形材を回転子に直接成形し一体成形する方法があるが、磁性体が混練された樹脂成形材は成形後の収縮により割れやすく回転子との固定方法が困難な面がある。

解決策の例として、先に磁性体を有した樹脂成形材にてマグネットを成形し、このマグネットと回転子鉄心との固定方法として、マグネットと回転子鉄心とを樹脂で一体成形するものがある。（特許文献１参照）
また、マグネットを成形する際に、複数の突起を形成した回転子鉄心を一体に埋め込むとともに、回転子鉄心には孔を設けて樹脂を入り込ませたものがある。（特許文献２参照）
また、マグネットの内径側を多角形の穴とし、前記穴にシャフトが挿通されて穴とシャフトの間を樹脂で充填したものがある。（特許文献３参照）

特開２０１２−１５１９７９号公報 特開２０１１−０１５４５３号公報 特開２０１１−２３９５４６号公報

特許文献１に記載の発明では、一体成形する部品数が多いほど構造が複雑になる恐れがある。また、各部品の熱膨張係数の違いから一体成形後の信頼性を確保するのが困難になる恐れがある。

また、特許文献２に記載の発明のように回転防止に突起を設けると、回転アンバランスが発生する恐れや樹脂の流動性が悪化する恐れがあり、これらを改善するためにマグネット形状が複雑となり生産効率が低下する恐れがある。

また、特許文献３のようにシャフトへ直接樹脂成形すると、樹脂が多く必要となるため成形時のヒケや熱変形の影響を大きく受けやすくなり信頼性を得ることが難しくなる恐れがある。特に、回転トルクの必要なポンプの場合、シャフト外周部へステーキングなどの回り止めを施しても信頼性を得ることが難しくなる。

特にポンプであれば井戸水の汲み上げとして屋外で使用される場合が多く、冬季の低温から夏季の最大温度までと使用環境は非常に厳しく、かつ、駆動トルクが大きい。そして、ライフラインとなる水を供給するためにモータは安価で、確実にかつ容易な構造が望ましく、回転子へのマグネットの固定も確実にする方策が必要である。

本発明は、安価で生産効率が向上し、かつ信頼性の高いポンプ駆動用モータを備えたポンプ装置を提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するために、ケーシング内に設けられた羽根車をポンプ駆動用モータにより回転させてポンプ作用を行うポンプ部と、前記ポンプ駆動用モータの回転速度を変速させて前記ポンプ部を制御する制御部を有するポンプ装置において、前記ポンプ駆動用モータの回転子は、プレス打抜きにより外径形状が多角形に成形された電磁鋼板を複数枚積層した回転子鉄心と、該回転子鉄心の中心に圧入、または、焼嵌めにより嵌合したシャフトと、該回転子鉄心の外周側にギャップを有して同心状に設けられ、円筒状かつ内径形状が前記多角形に略相似形状に成形されたプラスチックマグネットと、を備え、前記回転子鉄心とシャフトとプラスチックマグネットとを、磁性材を有しない２次成形樹脂材にて成形固定した回転子とし、
前記回転子鉄心は、径方向同ピッチ円上に複数の貫通穴を形成し、前記２次成形樹脂材の流路の一部とするとともに、前記回転子鉄心と前記プラスチックマグネットの両端面を前記２次成形樹脂材により一定の厚みで覆い、該２次成形樹脂材の外周側端部は凹凸形状とした。

本発明によると、安価で生産効率が向上し、かつ信頼性の高いポンプ駆動用モータを備えたポンプ装置を提供することができる。

本発明の一実施例のポンプ装置の縦断面図である。 本発明の一実施例のモータの断面図である。 （ａ）本発明の一実施例のプラスチックマグネットの側面図である。（ｂ）本発明の一実施例のプラスチックマグネットの断面図である。 (ａ)本発明の一実施例の回転子鉄心の側面図である。（ｂ）本発明の一実施例の回転子鉄心の断面図である。 本発明の一実施例の回転子の側面図である。（ｂ）本発明の一実施例の回転子鉄心の断面図である。 本発明の他の実施例の回転子の側面図である。（ｂ）本発明の他の実施例の回転子鉄心の断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に沿って説明する。

まず、本発明のポンプ装置の概要について図１を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例のポンプ装置の縦断面図である。

ポンプ装置は、水通路が形成されたポンプベース１と、ポンプベース１の吐出側水通路部上部に載置された圧力タンク２と、ポンプベース１の上に配置されたポンプ駆動用モータ３とポンプ駆動用モータ３の回転数を変速させてポンプ装置を制御する制御基板４と、制御基板４と通信線で接続されポンプ装置の吐出圧力値の表示や運転圧力等の設定を切り替え操作できる表示基板５と、ポンプベース１の上に配置されたポンプ装置を制御する際に発生する高調波を抑制する高調波抑制コイル６と、ポンプベース１の吐出側水通路部上部に載置されたポンプ装置の圧力を検出する圧力センサー７が備わっており、それらをポンプカバー１０が覆う構造である。

本実施例では代表的ポンプであるウェスコポンプを例示するが、本発明はウェスコポンプに限定されるものではない。

ポンプ装置の運転はポンプ駆動用モータ３を運転することにより行われる。まず、自吸運転が行われ、自吸運転が終了してから揚水運転に移行するのである。

かかる揚水運転で、吐出配管につながる流路が閉じられると、吐出配管から下流側の圧力が上がる。この圧力を圧力センサー７が検知してポンプ駆動用モータ３の運転が止まる。

次に、本発明のプラスチックマグネットを使用し射出成形によりマグネットを固定した回転子について図２から図６を用いて説明する。 図２'は、本発明の一実施例のポンプ駆動用モータ３の断面図である。ポンプ駆動用モータ３は、回転軸３１と、回転子と、固定子とからなる。回転子は、回転子鉄心３０と、プラスチックマグネット２０と、を有する。

図３(ａ)は、本発明の一実施例のプラスチックマグネット２０の側面図である。図３（ｂ）は、本発明の一実施例のプラスチックマグネット２０の断面図である。プラスチックマグネット２０は、磁性体を含有した樹脂成形材を射出成形したものである。プラスチックマグネット２０は、全体として円筒状となるように構成し、更に、内周の形状は本実施例では八角形となっている。プラスチックマグネット２０の内周の形状は多角形であればよく、八角形に限るものではない。つまり、多角形の角数は特に規定するものではない。

図４（ａ）は、本発明の一実施例の回転子鉄心３０の側面図である。図４（ｂ）は、本発明の一実施例の回転子鉄心３０の断面図である。回転子鉄心３０は、プレス打抜きにより成形された電磁鋼板を複数枚積層することで構成される。ここで、回転子鉄心３０は固定子鉄心の内径側を利用し同時にプレス打抜きにより成形された電磁鋼板を使用するため、材料と製造工程を有効活用している。回転子鉄心３０は全体として角筒状となるように構成される。回転子鉄心３０を構成する電磁鋼板の外周形状はプラスチックマグネット２０の内周形状と同様に本実施例では八角形としている。回転子鉄心３０を構成する電磁鋼板の外周形状は、プラスチックマグネット２０と同様の形状であればよく、多角形の角数は特に規定するものではない。回転子鉄心３０の内周の形状は円形である。よって、回転子鉄心３０の中心には回転軸穴３２が設けられている。回転子鉄心３０には、回転軸穴３２のこれは、回転子鉄心３０の中心である回転軸穴３２には径方向同ピッチ円上に複数の小径穴３３をプレス打抜きにより設け貫通穴が形成されている。回転軸穴３２は、回転軸３１を圧入、または、焼嵌めにより勘合するためのものである。特にポンプであれば井戸水の汲み上げとして屋外で使用される場合が多く、冬季の低温から夏季の最大温度までと使用環境は非常に厳しいポンプ駆動用モータにおいて信頼性の高い回転子を得ている。

図５はプラスチックマグネット２０と回転子鉄心３０を２次成形樹脂材４０により成形固定した図である。図５（ａ）は、本発明の一実施例の回転子の側面図である。図５（ｂ）本発明の一実施例の回転子鉄心の断面図である。
プラスチックマグネット２０は回転子鉄心３０の周りに同心円状に配置する。回転子鉄心３０とプラスチックマグネット２０の間にはギャップδを有している。成形金型に回転子鉄心３０とプラスチックマグネット２０を装着し、成形金型に２次成形樹脂材４０を流し込むことにより、回転子鉄心３０とプラスチックマグネット２０とが成形固定される。２次成形樹脂材を流し込み成形固定することにより安価で生産効率が向上するという効果を奏する。ここで、ギャップδが大きくなると流し込む樹脂材の量が多くなりコストが掛かる。また、樹脂材の量が多くなると熱変形による変形量が大きくなり成形時のヒケが多くなる恐れがある。このようなことの発生を抑制するためには、ギャップδは、一般的な成形樹脂材同様の厚みと同様の２〜４ｍｍが望ましい。

プラスチックマグネット２０の内周形状と、回転子鉄心３０の外周形状は多角形を有し、多角形状により回転子に加わる回転力に対する回転防止構造を得ることができる。角数は規定しないが回転時のアンバランスを少なくし、かつ、回転力に対する耐力が必要となる角数とする。

また、プラスチックマグネット２０の両端面一部と、回転子鉄心３０の両端面を２次成形樹脂材４０により一定の厚みで覆う。この一定の厚みで覆う部分を２次成形樹脂材端部４１と呼ぶが、２次成形樹脂材端部４１軸方向から見たときには外周側が凹凸形状となっている。外周側を凹凸形状とし、周方向、及び、外径側へも接続させないことにより成形後の収縮、および、モータ運転、停止による温度変化により膨張と収縮の形状変化を吸収する自由性を得ており、亀裂発生の対策としている。これにより、信頼性の高いポンプ駆動用モータ３を備えたポンプ装置を提供することができる。

２次成形樹脂材４０を流し込み成形条件を良くするためには、ギャップδ以外にも２次成形樹脂材４０の流路が必要である。

前述の小径穴３３により、２次成形樹脂材４０の流路を確保し、流動性を良くしている。これにより、生産効率が向上したポンプ駆動用モータ３を備えたポンプ装置を提供することができる。

図６は他の実施例を示した図である。図６は、プラスチックマグネット２０の両端面一部と、回転子鉄心３０の両端面に２次成形樹脂材４０により複数の長方形の突起４２を径方向に放射状に形成した図である。図６（ａ）は、本発明の他の実施例の回転子の側面図である。図６（ｂ）は、本発明の他の実施例の回転子鉄心の断面図である。前述の実施例とほぼ同じ構成を備えており、同様の効果を奏する。以下、前述の実施例と異なる点について詳述する。樹脂成形時には流動性の樹脂材が交わる部分にウェルドラインが発生し、そこから亀裂が発生することがある。２次成形樹脂材端部４１の外側に樹脂溜りの長方形の突起４２を設けることによりウェルドラインの発生を抑制することが可能となる。突起４２は２次成形樹脂材４０により、回転子鉄心３０の両端面、かつ２次成形樹脂材端部４１の外側に設けられている。突起４２は、長方形であり、軸方向から見ると径方向に放射状に形成されている。突起４２を設けることで、更に信頼性の高いポンプ駆動用モータ３を備えたポンプ装置を提供することができる。

これらによりプラスチックマグネットを使用した信頼性の高い製品を顧客へ提供することが可能である。

以上のように、本発明では、ポンプ装置のポンプ駆動用モータ３の回転子には、磁性体を有した樹脂成形材を射出成形により円筒状に構成しプラスチックマグネット２０とし、回転子鉄心３０は一般的に固定子鉄心の内径側を利用し同時にプレス打抜きにより成形された電磁鋼板を使用し、複数枚積層して回転子鉄心３０とし、前記プラスチックマグネット２０を前記回転子鉄心３０の同心状に配置し、前記プラスチックマグネット２０と前記回転子鉄心３０の間に生じる空隙（ギャップδ）と、前記プラスチックマグネット２０端面の一部に磁性体を有しない２次成形樹脂材４０により成形固定することで回転子となし、円筒状の前記プラスチックマグネット２０の内径形状と、前記回転子鉄心３０の外周形状は多角形を有するようにしたものである。２次成形樹脂材を流し込み成形固定することにより安価で生産効率が向上するという効果を奏する。また、このような多角形状により回転防止構造を得ることができ、回転子鉄心２０とシャフトは従来通り焼嵌めにより固定し信頼性を確保できる。また、回転子鉄心３０に複数の貫通穴を設けることにより２次成形樹脂材４０の流動性を良くし、回転子鉄心３０の両端面に樹脂溜りとする長方形の突起を設けたことにより成形時に発生するパーティングラインを抑制し前記プラスチックマグネット２０と前記回転子鉄心３０の固定を確実とした。

３ ポンプ駆動用モータ、 ２０ プラスチックマグネット、
３０ 回転子鉄心、 ３３ 小径穴、 ４０ ２次成形樹脂材、
４１ 端部凹凸形状、 ４２ 長方形突起、
δ プラスチックマグネットと回転子鉄心間ギャップ

Claims (2)

1. ケーシング内に設けられた羽根車をポンプ駆動用モータにより回転させてポンプ作用を行うポンプ部と、前記ポンプ駆動用モータの回転速度を変速させて前記ポンプ部を制御する制御部を有するポンプ装置において、
   前記ポンプ駆動用モータの回転子は、
   プレス打抜きにより外径形状が多角形に成形された電磁鋼板を複数枚積層した回転子鉄心と、
   該回転子鉄心の中心に圧入、または、焼嵌めにより嵌合したシャフトと、
   該回転子鉄心の外周側にギャップを有して同心状に設けられ、円筒状かつ内径形状が前記多角形に略相似形状に成形されたプラスチックマグネットと、を備え、
   前記回転子鉄心とシャフトとプラスチックマグネットとを、磁性材を有しない２次成形樹脂材にて成形固定した回転子とし、
   前記回転子鉄心は、径方向同ピッチ円上に複数の貫通穴を形成し、前記２次成形樹脂材の流路の一部とするとともに、前記回転子鉄心と前記プラスチックマグネットの両端面を前記２次成形樹脂材により一定の厚みで覆い、該２次成形樹脂材の外周側端部は凹凸形状としたことを特徴とするポンプ装置。
2. 請求項１記載のポンプ装置において、
   前記回転子鉄心と前記プラスチックマグネットの両端面を覆う２次成形樹脂材部には、軸方向に突出した複数の長方形突起を径方向放射状に形成したことを特徴とするポンプ装置。